Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Полупроводниковые лазерные диоды
В технике ВОСП широкое применение находят когерентные источники света, которые излучают синфазные световые волны. В основе их работы лежит спонтанное излучение полупроводника, охваченное объемным резонатором. Широкое применение получил резонатор Фабри-Перо, представляющий собой два плоских параллельных зеркал R1 и R2, расположенных на расстоянии L друг от друга, нормально к ним распространяется плоская волна оптического излучения. Зеркала выполняют роль положительной обратной связи. В результате отражения волн от зеркал R1 и R2 в пространстве между ними образуются стоячие волны (рис. 3.4). Условие резонанса имеет вид: L = ql / 2, (3.4) где q - целое число, называемое индексом колебания, l - длина волны оптического излучения.
Таким образом, наличие резонатора создает условия существования синфазных оптических волн, и спектр излучения становится дискретным и когерентным.
Для распространения одной поперечной моды толщина активного слоя полупроводникового диода находится из условия (3.5)
где D - относительная разность коэффициентов преломления слое структуры D = (n 12 - n 22)/2 n 12. Например, для l = 1,55 мкм, при n 1 = 3.54 и D = 0,1 толщина активного слоя должна быть не более d = 0,5 мкм. Согласно законам квантовой механики в таких структурах с положительной обратной связью происходит не только спонтанное излучение, но и еще один процесс - так называемое индуцированное (вынужденное) излучение. Суть вынужденного излучения состоит в том, что если на электрон, находящийся в зоне проводимости, падает свет с частотой f о, примерно равной частоте f, то возникает излучение с частотой f о и направлением падающего луча света. Таким образом, к спонтанному добавляется вынужденное излучение. При каждом переходе возникшего вынужденного излучения между зеркалами оно усиливается средой полупроводника, так как вызывает все новые и новые вынужденные излучательные рекомбинации носителей. Если общие потери в такой структуре меньше, чем усиление, то возникает лазерный эффект, характеризующийся появлениям генерации вынужденного излучения. Стоит убрать зеркала, обеспечивающие положительную обратную связь (условие фаз), генерация прекращается, хотя спонтанное излучение можно по-прежнему наблюдать.
Следовательно, для возникновения незатухающих колебаний необходимо ввести в излучающую среду от внешнего источника энергию, необходимую для компенсации потерь в резонаторе и усиления оптического излучения. Вынужденное или индуцированное излучение приводит к значительному снижению излучаемых поперечных мод,
В качестве источников света в ВОСП широко используются полупроводниковые лазерные диоды (ПЛД) с многокомпонентными ГС.
В РОС-лазерах волновод выполняют с выступами и впадинами в виде дифракционной решетки, период которой удовлетворяет условиям Брегга. Световая волна, проходя по такому волноводу, рассеивается всеми точками дифракционной решетки, причем при l = 1 рассеяние происходит в направлении распространения света, так и в противоположном направлении, а при l = 2 и в перпендикулярном к предыдущему направлению. В результате имеет место рассеяние света большой интенсивности. При этом обеспечение стабильных колебаний возможно только тогда, когда все отражения взаимодействуют конструктивно, поэтому, например, при длине волны 1,3 мкм и показателе преломления 3,3 период дифракционной решетки должен составлять 1,3/3,3 =0,39 мкм. Такой механизм позволяет выделить одну моду, подавляя все остальные. В современных РОС-лазерах подавление смежных мод достигает 40 дБ.
В РБО-лазерах периодическая структура - дифракционная решетка размещается за пределами активной области, а физические процессы аналогичны выше рассмотренным.
Преимущества РОС и РБО-лазерных диодов по сравнению с лазерными диодами с резонаторм Фабри-Перо являются: - меньшая зависимость длины волны излучения от тока инжекции и температуры; - высокая стабильность одномодовости и одночастотности излучения; - практически 100% глубина модуляции; -температурный коэффициент Dl/DТ РОС и РБО-лазеров на порядок ниже лазеров с резонаторами Фабри-Перо; - возможность реализации таких лазеров схемами интегральной оптики. Основной недостаток РОС и РБО-лазеров - в сложной технологии их изготовления. В волоконно-оптических системах со спектральным разделением каналов и в измерительных приборах передачи находят применение лазерные диоды с внешними резонаторами. Одна из конструкций лазерного диода с внешним резонатором приведена на рис. 3.16. Один (или оба) конца диода покрываются специальным слоем, уменьшающим отражение, и соответственно, одно (или два) зеркала ставятся со стороны активной области полупроводниковой структуры. Антиотражающее покрытие умень-
За счет изменения расстояния до зеркала и разворота зеркала-решетки, можно плавно менять длину волны излучения, при этом диапазон настройки может достигать 30 нм. По своим параметрам и характеристикам лазеры с внешними резонаторами схожи с РОС и РБО-лазерами. К числу основных характеристик полупроводниковых лазерных диодов, как и СИД, относятся: ватт-амперная характеристика или зависимость мощности излучения от тока инжекции (модуляции), диаграммы направленности, спектра излучения и срока службы. Соответствующие характеристики лазерных диодов будут даны в сравнении с характеристиками СИД при рассмотрении опросов построения передающих оптических модулей. 14.Основными характеристиками источников оптического излучения являются: a. ватт-амперная характеристика (ВАХ) Р = f(Iн), описывающая зависимость мощности оптического излучения Р от тока возбуждения или тока инжекции - Iи; примерные ВАХ СИД и ЛД приведены на рис. 3.18; еще раз отметим, что ПЛД - пороговый прибор, лазерный эффект которого проявляется при превышении порогового значения тока инжекции I пор.
2) спектральная характеристика излучения при различных величинах тока возбуждения (инжекции), показывающая зависимость относительной мощности оптического излучения Р от длины волны оптического излучения l, т.е. Р = f (l, Iв ); типичная спектральная характеристика источников оптического излучения приведена на рис.3. 19. Ширина оптического излучения Dl 0,5 на половине амплитуды излучения составляет для СИД 20…40 нм, для ПЛД - 2…5 нм.
3) диаграмма направленности, представляющая пространственную характеристику излучения. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только малая его часть в действительности попадает в оптическое волокно. Чем уже диаграмма направленности, тем большая часть света может попасть в волокно. Хорошие источники излучения должны иметь малые диаметры выходных пучков света и малую апертуру (NA). Диаметр выходного пучка определяет величину поперечного сечения пучка излучения, а апертура NA - диапазон углов, в которых происходит излучение света. Если диаметр выходного пучка или его апертура превышают соответствующие параметры волокна, в которое вводится излучение, часть излучения не попадает в волокно. На рис. 3.20. представлены типичные диаграммы направленности для светоизлучающих и лазерных диодов.
Диаграмма направленности полупроводникового лазерного диода ближе к эллиптической форме, а светоизлучающего диода – к сферической. Когда выходной диаметр источника dи не соответствует диаметру сердцевины волокна d в, то потери излучения, связанные с рассогласованием данных параметров А д, могут быть определены из следующего выражения: . (3.14)
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 218; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.16.47.14 (0.016 с.) |